海马回神经元 - 癫痫和精神疾病背后的破坏性力量

背景介绍

结节性硬化症（Tuberous Sclerosis Complex，TSC）是一种复杂的多系统遗传性疾病，表现出在大脑、皮肤、心脏、肾脏等多个器官中随年龄增长出现病灶。临床上，TSC表现为癫痫、精神发育障碍等一系列症状。TSC由TSC1或TSC2基因的功能丧失突变引起，这两个基因分别编码Hamartin和Tuberin蛋白。突变会导致TSC1-TSC2复合体功能失调，从而激活哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）通路。这一通路的过度活化已被证实与多种遗传性和获得性癫痫有关。

gaba-能中间神经元在维持神经回路的平衡、兴奋-抑制调控，以及认知功能的调节中扮演着重要角色。在TSC中，gaba-能神经元的功能障碍被认为是导致网络活动紊乱和相关神经系统症状的重要原因。而这种功能障碍可能是特定细胞类型所致。这项研究的重点是识别TSC中的特定中间神经元亚群，特别是来源于中脑膨大区（medial ganglionic eminence，MGE）和尾部膨大区（caudal ganglionic eminence，CGE）的中间神经元。

作者与来源

这篇论文题为 “Impaired GABAergic Regulation and Developmental Immaturity in Interneurons Derived from the Medial Ganglionic Eminence in the Tuberous Sclerosis Complex”，由Mirte Scheper、Frederik N. F. Sørensen、Gabriele Ruffolo等人共同撰写，分别来自阿姆斯特丹大学医学中心、哥本哈根大学健康与医学科学学院、萨皮恩扎大学、伦敦大学学院女王广场神经学研究所、荷兰Utrecht大学医学中心、昆士兰大学等多个研究机构。这篇论文发表在《Acta Neuropathologica》期刊的2024年第147卷第80页。

研究流程与方法

为了深入了解TSC中的gaba-能神经元失调，本研究采用了单核RNA测序（single nuclei RNA sequencing，snRNA-seq）方法，对TSC患者和对照组的大脑样本进行了分析。

样本获取与处理

研究中使用了从阿姆斯特丹大学医学中心、Utrecht大学医学中心，以及昆士兰儿童医院获取的手术和死亡后大脑组织。对照组样本从没有癫痫历史或其他神经系统疾病的匹配年龄控制组在死亡后9小时内进行获取。在所有控制组中，选择了前额叶皮质或中额体区域进行分析。

单核RNA测序

从冷冻组织中提取核，进行荧光标记细胞分选（FACS）。使用10× Genomics的Chromium Single Cell 3’ Reagent Kits v3.1制备RNA测序文库，并在Illumina NovaSeq 6000平台上进行测序。通过数据预处理和分析，将包含唯一分子标识符（UMIs）的表达矩阵导入Seurat软件进行进一步处理。

免疫组化与电生理记录

为进一步验证研究结果，采用免疫组化技术对TSC患者的大脑中sst+中间神经元进行标记。此外，利用非洲爪蟾卵母细胞进行功能评估，检测GABAA受体亚单位对GABA亲和力的影响。

主要研究结果

gabaergic中间神经元失调表现

通过单核RNA测序，研究发现TSC患者中sst+中间神经元表达了不成熟的特征，包括异常的NKCC1/KCC2比率。这一特征表明氯离子稳态失衡，进一步导致GABA能信号的抑制特性减少。此外，sst+中间神经元中GABAA受体α1亚单位的下调和α2亚单位的上调，也显示了功能性和发展的失调。

数据分析和子群鉴定

利用UMAP（统一流形近似和投影）分析，将中间神经元分成多个簇，通过表达特定标记物进一步分类。研究表明在TSC中，MGE和CGE来源的中间神经元分别表现出不同的基因表达模式和成熟状态。

不成熟的功能表现

电生理实验表明，在TSC大脑组织的膜上进行GABAA受体功能测试，发现多种亚单位组成比例的受体对GABA的亲和力降低。这进一步支持了sst+中间神经元在TSC中的不成熟表现，这些神经元的功能异常可能是导致TSC患者癫痫发作和其他神经功能障碍的原因。

脑组织中的局部化和迁移问题

研究还发现，在TSC患者中，sst+中间神经元主要分布在皮层的深层（L5/6），而对照组的sst+中间神经元则均匀分布在浅层和深层。这表明在TSC中可能存在这些中间神经元迁移问题，与皮质分层异常有关。

结论与价值

本研究揭示了TSC中gabaergic中间神经元的失调，特别是来源于MGE的sst+中间神经元的不成熟表现在。通过全面的分子和功能分析，研究表明这些神经元在TSC中的异常状况可能是导致患者神经网络活动混乱、出现癫痫和各种神经精神症状的关键。

研究亮点

本研究的亮点在于借助单核RNA测序技术，细致分析了TSC患者中gaba-能中间神经元的失调表现，特别是对sst+中间神经元的不成熟现象，以及其在功能和局部化上的异常。同时，通过多种实验手段综合验证了这一关键发现，为未来针对TSC的治疗策略提供了重要参考。

本研究不仅拓展了对TSC中神经网络失调机制的理解，还为精准医疗的发展提供了新的思路。未来应在更深入的电生理和分子层面研究sst +中间神经元，以揭示其具体功能角色和相互作用机制，为TSC及其相关神经精神障碍的治疗提供新的治疗靶点。